Unos días después de comenzar oficialmente las operaciones científicas, el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA impulsó a los astrónomos al reino de las primeras galaxias, previamente ocultas fuera del alcance de todos los demás telescopios. Webb ahora está revelando un Universo muy rico donde las primeras galaxias en formación se ven notablemente diferentes de las galaxias maduras que se ven a nuestro alrededor hoy.
Los investigadores han encontrado dos galaxias excepcionalmente brillantes que existieron aproximadamente 300 y 400 millones de años después del Big Bang. Su brillo extremo es desconcertante para los astrónomos. Las galaxias jóvenes están transformando el gas en estrellas tan rápido como pueden y aparecen compactadas en formas esféricas o de disco que son mucho más pequeñas que nuestra galaxia, la Vía Láctea. El inicio del nacimiento estelar puede haber sido solo 100 millones de años después del Big Bang, que ocurrió hace 13.800 millones de años.
“Todo lo que vemos es nuevo. Webb nos muestra que hay un Universo muy rico más allá de lo que imaginamos”, dijo Tommaso Treu de la Universidad de California en Los Ángeles, co-investigador de uno de los programas de Webb. “Una vez más, el Universo nos ha sorprendido. Estas primeras galaxias son muy inusuales en muchos sentidos”.
Los resultados son del Programa científico de liberación temprana GLASS-JWST de Webb (Encuesta espacial amplificada por lente Grism) y la Encuesta científica de liberación temprana de la evolución cósmica (CEERS). Dos artículos de investigación, dirigidos por Marco Castellano del Instituto Nacional de Astrofísica en Roma, Italia, y Rohan Naidu del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, Massachusetts, han sido publicados en The Astrophysical Journal Letters.
En solo cuatro días de análisis, los investigadores encontraron dos galaxias excepcionalmente brillantes en las imágenes GLASS-JWST. Estas galaxias existieron aproximadamente 450 y 350 millones de años después del Big Bang (con corrimientos al rojo de aproximadamente 10,5 y 12,5, respectivamente), que futuras mediciones espectroscópicas con Webb ayudarán a confirmar.
“Con Webb, nos asombró encontrar la luz estelar más distante que alguien haya visto jamás, apenas unos días después de que Webb publicara sus primeros datos”, dijo Rohan Naidu sobre la galaxia GLASS más distante, conocida como GLASS-z12, que se cree que datan de 350 millones de años después del big bang. El poseedor del récord anterior es la galaxia GN-z11, que existió 400 millones de años después del Big Bang (corrimiento al rojo 11,1), e identificada en 2016 por el Hubble y el Observatorio Keck en programas de cielo profundo.
“Con base en todas las predicciones, pensamos que teníamos que buscar en un volumen de espacio mucho mayor para encontrar esas galaxias”, dijo Castellano.
“Estas observaciones simplemente te hacen explotar la cabeza. Este es un capítulo completamente nuevo en astronomía. Es como una excavación arqueológica, cuando de repente encuentras una ciudad perdida o algo que no conocías. Es simplemente asombroso”, agregó Paola Santini, cuarta autor del Castellano et al. Papel GLASS-JWST.
“Si bien las distancias de estas fuentes tempranas aún deben confirmarse con espectroscopia, sus brillos extremos son un verdadero rompecabezas y desafían nuestra comprensión de la formación de galaxias”, señaló Pascal Oesch de la Universidad de Ginebra en Suiza.
Las observaciones de Webb empujan a los astrónomos hacia un consenso de que un número inusual de galaxias en el Universo primitivo eran mucho más brillantes de lo esperado. Esto facilitará que Webb encuentre aún más galaxias tempranas en posteriores estudios de cielo profundo, dicen los investigadores.
“Hemos logrado algo que es increíblemente fascinante. Estas galaxias debieron haber comenzado a juntarse quizás solo 100 millones de años después del Big Bang. Nadie esperaba que las edades oscuras hubieran terminado tan pronto”, dijo Garth Illingworth, de la Universidad. de California en Santa Cruz. “El Universo primigenio habría sido solo una centésima parte de su edad actual. Es una franja de tiempo en el cosmos en evolución de 13.800 millones de años”.
Erica Nelson, miembro del equipo de Naidu/Oesch, de la Universidad de Colorado, señaló que “nuestro equipo quedó impresionado al poder medir las formas de estas primeras galaxias; sus discos tranquilos y ordenados cuestionan nuestra comprensión de cómo se formaron las primeras galaxias en el abarrotado y caótico Universo primitivo”. Este notable descubrimiento de los discos compactos en tiempos tan tempranos solo fue posible porque las imágenes de Webb son mucho más nítidas, en luz infrarroja, que las del Hubble.
“Estas galaxias son muy diferentes de la Vía Láctea o de otras grandes galaxias que vemos hoy a nuestro alrededor”, dijo Treu.
Illingworth enfatizó que las dos galaxias brillantes encontradas por estos equipos tienen mucha luz. Dijo que una opción es que podrían haber sido muy masivas, con muchas estrellas de baja masa, como las galaxias posteriores. Alternativamente, podrían ser mucho menos masivos y consistir en muchas menos estrellas extraordinariamente brillantes, conocidas como estrellas de Población III.
Teorizados durante mucho tiempo, serían las primeras estrellas nacidas, resplandeciendo a temperaturas abrasadoras y compuestas únicamente de hidrógeno y helio primordiales; sólo más tarde las estrellas cocinarían elementos más pesados en sus hornos de fusión nuclear. No se ven estrellas primordiales tan extremadamente calientes en el Universo local.
“De hecho, la fuente más distante es muy compacta, y sus colores parecen indicar que su población estelar está particularmente desprovista de elementos pesados e incluso podría contener algunas estrellas de Población III. Solo los espectros de Webb lo dirán”, dijo Adriano Fontana, segundo autor de el Castellano et al. paper y miembro del equipo GLASS-JWST.
Las estimaciones actuales de la distancia de Webb a estas dos galaxias se basan en la medición de sus colores infrarrojos. Eventualmente, las mediciones espectroscópicas de seguimiento que muestren cómo se ha estirado la luz en el Universo en expansión proporcionarán una verificación independiente de estas mediciones cósmicas.
Con información de The Astrophysical Journal Letters
